DE1439775C - Fuel rod bundles for nuclear reactors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernbrennstoffaufbau derjenigen Gattung, bei welcher ein enges Gitter aus parallel zueinander angeordneten Brennstoffstäben vorgesehen ist, die an ihren Enden gehaltert in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet sind und im Nachfolgenden als Brennstoffstabbündel bezeichnet werden.The invention relates to a nuclear fuel structure of the type in which a narrow Grid of fuel rods arranged parallel to one another is provided, which are held at their ends are arranged in a tubular housing and subsequently as a fuel rod bundle are designated.

Wenn die Brennstoffstäbe in einem Reaktorkern untergebracht werden und den gleichzeitig auftretenden Wirkungen von Bestrahlung und hoher Temperatur ausgesetzt sind, neigen sie zum Verbiegen; die Brennstoffstabhalterung muß daher so ausgebildet werden, daß das Verbiegen beschränkt wird. Bekannte Biegeversteifungseinrichtungen sind durch eine Mehrzahl von dünnwandigen Bauteilen gebildet, welche entlang den Stäben mit ihren Wandflächen größter Ausdehnung parallel zu den Stabachsen angeordnet sind und ein Gitter mit kreisförmigen Öffnungen bilden, in denen die Stäbe angeordnet sind.When the fuel rods are housed in a reactor core and those occurring at the same time When exposed to the effects of radiation and high temperature, they tend to bend; the The fuel rod holder must therefore be designed so that bending is restricted. Known Bending stiffeners are formed by a plurality of thin-walled components, which are arranged along the rods with their wall surfaces of greatest extent parallel to the rod axes and form a grid with circular openings in which the rods are arranged.

In den Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters 1 769 065 ist ein derartiges Bauteil beschrieben, welches ein Gitter mit kreisförmigen Öffnungen aufweist, die eng an dem zugehörigen Stab anliegen. Bei den in der deutschen Auslegeschrift 1 074 168 beschriebenen gitterförmigen Bauteilen sind die Öffnungen quadratisch und die Stäbe werden jeweils an den Streifen mittels einer einzigen Schweißung befestigt. Bei einigen dieser Reaktoren kann jedes dieser gitterförmigen Bauteile zur Überhitzung an den Flächen des Brennstoffstabes, die von der Berührung mit dem Reaktorkühlmittel durch die Berührung mit dem gitterförmigen Bauteil abgeschirmt sind, Anlaß geben.Such a component is described in the documents of the German utility model 1 769 065, which has a grid with circular openings which fit closely to the associated rod. In the case of the lattice-shaped components described in German Auslegeschrift 1 074 168, the openings are square and the bars are each attached to the strip by means of a single weld. In some of these reactors, each of these grid-shaped components can cause overheating on the Areas of the fuel rod that are exposed from contact with the reactor coolant through contact with the grid-shaped component are shielded, give cause.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffstabbündel zu schaffen, bei welchem die Biegeversteifungseinrichtung nicht zu einer Überhitzung führt.The invention has for its object to provide a fuel rod bundle in which the Bending stiffener does not lead to overheating.

Zu diesem Zweck ist ein Brennstoffstabbündel für Kernreaktoren mit einer Biegeversteifungseinrichtung, die durch eine Mehrzahl von dünnwandigen Bauteilen gebildet ist, welche entlang den Stäben mit ihren Wandflächen größter Ausdehnung parallel zu den Stabachsen angeordnet sind und ein Gitter mit kreisförmigen Öffnungen bilden, in denen die Stäbe angeordnet sind, gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Öffnungen des Gitters über ihren gesamten Umfang soviel größer als der Außendurchmesser der Brennstoffstäbe ist, daß die Brennstoffstäbe an keiner Stelle ihres Umfangs die Innenwände der Gitteröffnungen berühren. For this purpose, a fuel rod bundle for nuclear reactors with a bending stiffening device, which is formed by a plurality of thin-walled components, which along the rods with their wall surfaces of greatest extent are arranged parallel to the rod axes and a grid with form circular openings in which the bars are arranged, characterized according to the invention, that the inner diameter of the openings of the grid over their entire circumference is so much is larger than the outside diameter of the fuel rods that the fuel rods at no point in their Touch the inner walls of the grille openings around the circumference.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, und zwar zeigtThe invention will now be based on an exemplary embodiment with reference to the drawing described, namely shows

Fig. 1 einen Querschnitt eines Brennstoffstabbündels für Kernreaktoren im Grundriß, 1 shows a cross-section of a fuel rod bundle for nuclear reactors in plan,

Fig. 2 einen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform, ebenfalls im Grundriß, während2 shows a cross section of an alternative embodiment, also in plan while

Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 2 wiedergibt.FIG. 3 shows an enlarged detail from FIG. 2 reproduces.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird ein Verbiegen der Brennstoffstäbe 2 in einem Brennstoffstabbündel durch eine gitterförmige Biegeversteifungseinrichtung 15, die aus rostfreiem Stahl besteht und zwischen den Enden der Stäbe angeordnet ist, innerhalb bestimmter Grenzen gehalten. Die Biegeversteifungseinrichtung ist aus einer Anzahl dünnwandiger (0,5 mm) Bauteile 16 von Rohrform hergestellt, welche die B renn stoff stäbe 2 mit kleinem Abstand umgeben und über weitere dünnwandige (0,5 mm) Bauteile 17 von Stegform miteinander verbunden sind. Beide Bauteile sind mit ihren Wandflächen parallel zu der Hauptrichtung des durch das Graphitgehäuse 3 strömenden Kühlmittels angeordnet. Mit Flanschen versehene Stege 18 verbinden die Bauteile 16 mit einem ringförmigen Halter 19 von U-förmigem Querschnitt (0,4 mm Dicke) aus rostfreiem Stahl.As shown in FIG. 1 shows bending of the fuel rods 2 in a fuel rod bundle by a lattice-shaped bending stiffening device 15 made of stainless steel and between the ends of the rods is arranged, kept within certain limits. The bending stiffening device is made from a number of thin-walled (0.5 mm) components 16 of tubular shape, which Surround the fuel rods 2 with a small distance and over further thin-walled (0.5 mm) Components 17 are connected to one another by web form. Both components are with their wall surfaces arranged parallel to the main direction of the coolant flowing through the graphite housing 3. With Flanged webs 18 connect the components 16 to an annular holder 19 of U-shape Stainless steel cross-section (0.4 mm thick).

ίο Der Halter 19 ist zwischen zwei Graphithülsen 28 angeordnet und die Relativbewegung zwischen dem Halter 19 und den Hülsen 28 wird durch Anschläge 21 verhindert, die auf dem Halter 19 befestigt und in Schlitzen in den Enden der Hülsen 28 festgelegt sind.ίο The holder 19 is between two graphite sleeves 28 arranged and the relative movement between the holder 19 and the sleeves 28 is controlled by stops 21, which are fastened on the holder 19 and set in slots in the ends of the sleeves 28.

Ein Brennstoffstabbündel enthält zwei innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 3 aus Graphit übereinander angeordnete Teilbündel aus einundzwanzig parallel verlaufenden ummantelten Brennstoffstäben 2. Die nebeneinander liegenden äußeren Enden der Brennstoffstäbe 2 sind in einem gitter- oder lochmusterartigen Bauteil zur Stützung der Stäbe in an sich bekannter Weise gleitend gelagert. Das gitter- oder lochmusterartige Bauteil ist in der Zeichnung nicht dargestellt, ist aber im Grundriß ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten Bauteil. Die sich gegenüber, aber entfernt voneinander liegenden inneren Enden der Brennstoffstäbe 2 der beiden Teilbündel werden in Öffnungen einer Biegeversteifungseinrichtung aufgenommen und sind darin verschieb-Hch gelagert. Das Gehäuse 3, die Graphithülsen 28 und die Biegeversteifungseinrichtung sind untereinander über eine Verbindungsstange 37 verbunden und bilden zusammen mit den Brennstoffstäben 2 das gesamte Brennstoffstabbündel. Jeder Brennstoffstab 2 enthält, übereinandergeschichtete, gesinterte UO₂-B rennstofftabletten 9 (10 mm Durchmesser, 10 mm Länge), die in einem Hüllrohr 10 aus rostfreiem Stahl eingeschlossen sind, welches an seinen Enden mit Endkappen aus rostfreiem Stahl abgedichtet ist.A fuel rod bundle contains two sub-bundles of twenty-one sheathed fuel rods 2 arranged one above the other inside the tubular graphite housing 3. The lattice or hole pattern-like component is not shown in the drawing, but is similar in plan to the component shown in FIG. The opposite but distant inner ends of the fuel rods 2 of the two sub-bundles are received in openings of a bending stiffening device and are displaceably mounted therein. The housing 3, the graphite sleeves 28 and the bending stiffening device are connected to one another via a connecting rod 37 and, together with the fuel rods 2, form the entire fuel rod bundle. Each fuel rod 2 contains superposed, sintered UO ₂ - B fuel tablets 9 (10 mm diameter, 10 mm length), which are enclosed in a cladding tube 10 made of stainless steel, which is sealed at its ends with end caps made of stainless steel.

Die Verbiegung der B rennstoff stäbe 2 wird erst dann behindert, wenn sie mit den Wänden des Bauteils 16 in Berührung kommen. Indem ein gewisser Grad von Verbiegung der B rennstoff stäbe 2 möglich ist, ehe die Behinderung auftritt, gewährleistet die Biegeversteifungseinrichtung 15, daß der Wärmeübergang der Stäbe dadurch im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Außerdem wird die Montage erleichtert, weil die Brennstoffstäbe 2 leicht durch die Bauteile 16 eingeführt werden können. Diese kleinen Biegebewegungen (z.B. 0,5mm) können toleriert werden, und ein Versuch, diese Bewegungen völlig zu verhindern, würde bedingen, daß zusätzliches neutronenabsorbierendes Material eingeführt wird, daß die Brennstoffstäbe 2 zusätzlichen Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt werden, daß der Wärmeübergang beeinträchtigt und daß Schwierigkeiten bei der Herstellung der Anordnung auftreten würden. In einer in den F i g. 2 und 3 gezeigten Modifikation ist die Biegeversteifungseinrichtung 15 durch eine lochmusterartipe Anordnung ersetzt, bei welcher die Brennstoffstäbe 2 mit seitlichem Abstand umfaßt werden. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ist die Einrichtung 4 b aus dünnen, mit ihrer Breitseite parallel zur Kühlmittelströmung stehenden Streifen hergestellt, die mehrfach längs parallel zur Brennstabbündeiachse verlaufender Kanten abgewinkelt und so gebopen sind, daß zwischen zwei Abwinklungen abwechselnd auf einen geraden Abschnitt 5 b ein ent-The bending of the fuel rods 2 is only hindered when they come into contact with the walls of the component 16. By a certain degree of bending of the fuel rods 2 is possible before the obstruction occurs, the bending stiffening device 15 ensures that the heat transfer of the rods is essentially not affected. In addition, assembly is facilitated because the fuel rods 2 can be easily inserted through the components 16. These small bending movements (e.g. 0.5 mm) can be tolerated, and an attempt to completely prevent these movements would require that additional neutron-absorbing material is introduced, that the fuel rods 2 are subjected to additional stress loads, that the heat transfer is impaired and that difficulties arise the manufacture of the arrangement would occur. In one of the FIGS. In the modification shown in FIGS. 2 and 3, the bending stiffening device 15 is replaced by a hole pattern artipe arrangement in which the fuel rods 2 are encompassed at a lateral distance. As can be seen from Fig. 3, the device 4b is made of thin strips with their broad side parallel to the coolant flow, which are angled several times along edges running parallel to the fuel rod bundle axis and are bopened in such a way that between two bends alternately on a straight section 5 b a-

sprechend der Umrißform der Brennstoffstäbe gebogener Abschnitt 6 b folgt. Die geraden Abschnitte 5 b sind an einer Stelle entfernt von den öffnungen 8 b durch Widerstandsschweißungen 7 b miteinander verbunden, so daß Stege 40 b doppelter Wandstärke gebildet sind. Die Streifen der Einrichtung 4 b weisen die gleiche Tiefe (ungefähr 12 mm) auf wie die Teile 16 und 17 der Biegeversteifungseinrichtung 15.speaking of the outline shape of the fuel rods curved section 6 b follows. The straight sections 5 b are connected to one another at a point away from the openings 8 b by resistance welds 7 b , so that webs 40 b of double wall thickness are formed. The strips of the device 4 b have the same depth (approximately 12 mm) as the parts 16 and 17 of the bending stiffening device 15.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Brennstoff stabbündel für Kernreaktoren, mit einer Biegeversteifungseinrichtung, die durch eine Mehrzahl von dünnwandigen Bauteilen gebildet ist, welche entlang den Stäben mit ihren Wandflächen größter Ausdehnung parallel zu den Stabachsen angeordnet sind und ein Gitter mit kreisförmigen Öffnungen bilden, in denen die Stäbe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Öffnungen des Gitters über ihren gesamten Umfang soviel größer als der Außendurchmesser der Brennstoffstäbe (2) ist, daß die Brennstoffstäbe an keiner Stelle ihres Umfanges die Innenwände der Gitteröffnungen berühren.Fuel rod bundle for nuclear reactors, with a bending stiffening device which is formed by a plurality of thin-walled components is which along the rods with their wall surfaces of greatest extent parallel to the rod axes are arranged and form a grid with circular openings in which the rods are arranged, characterized in that the inner diameter of the openings of the grid over its entire circumference so much larger than the outer diameter of the fuel rods (2) is that the fuel rods do not touch the inner walls of the grid openings at any point on their circumference touch. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings